JP2006210730A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射溝から漏れる光を低減し、ｐｎ間の漏れ電流による発光効率低下を抑制することによって高い外部放射効率を実現でき、量産化に優れる発光素子を提供する。
【解決手段】 Ｒｈコンタクト電極１５を設けたｐ側電極１０１に格子状にＶ溝１０１Ａを設け、ＧａＮ系半導体層１００内を伝搬する青色光を短い距離でＬＥＤ素子１の外部に取り出せるようにしたので、ＧａＮ系半導体層１００内を層方向に伝搬する青色光が減衰する以前に速やかに外部放射させることができる。また、ｐ側電極のエッジ部分が４５゜の傾斜角を有して形成されており、かつ、ＳｉＯ_２膜１０１ＢおよびＲｈコンタクト電極１５による絶縁反射面を有しているので、ｐ側電極のエッジ部分から横方向に漏れていた光についてもサファイア基板１０側に取り出すことができ、光取り出し効率を向上させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、反射溝から漏れる光を低減し、ｐｎ間の漏れ電流による発光効率低下を抑制することによって高い外部放射効率を実現でき、量産化に優れる発光素子に関する。

従来の発光素子として、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（サファイア）基板等の下地基板の上にＧａＮ系等の結晶層をエピタキシャル成長させて発光層を含む半導体層を形成し、この半導体層にアノードとカソードの電極を設けることにより形成されるＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子がある。このようなＬＥＤ素子では、上記電極を介して半導体層に電圧を印加することにより発光層で発光し、発光に基づく光が光放射面から外部放射される。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子では、発光層で生じた光のうち、約３０％がサファイア基板へ入射するが、残りの光は半導体層から放射されずに層内閉込光として残留し、層内を伝搬する。また、ＧａＮ系半導体層は光吸収性が大であることより、層内閉込光は層内を伝搬する距離が大になると減衰して外部放射が困難になる。

かかる問題に対し、半導体層内を伝搬する光を反射させて外部放射させるＶ字状の反射溝を設けたＬＥＤ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載されるＬＥＤ素子は、ＧａＡｓ基板の表面にエピタキシャル成長させたＧａＡｓ系の結晶層に一定の間隔で楔形の反射溝を有しており、そのことによってＬＥＤ素子の底面側に配置される結晶層が格子状に分断された構成を有する。また、反射溝が発光層を突き抜けて形成された構成も記載されている。

特許文献１のＬＥＤ素子によると、発光層で生じた水平に近い方向の光であっても楔形の反射溝に達することで外部放射可能な方向に反射させることができるので、光取り出し効率が大になり、その結果、光出力を向上させることができる。

また、反射溝が発光層を突き抜けて形成された構成では、発光層で生じた横方向の光であっても、その殆ど全てを外部放射可能な方向に反射させることができるとしている。
特開２００２−３５３４９７号公報（[００２５]〜[００２７]、図１、図２）

しかし、特許文献１のＬＥＤ素子によると、以下の問題がある。
（１）反射溝への入射角によっては反射されずに漏れてしまう光があり、光出力の低下を招くという問題がある。また、反射溝の深さが半導体層のｐｎ接合範囲より大であると、実装の形態によってはｐ型半導体層とｎ型半導体層との短絡が生じることから、反射溝周辺でｐｎ間に漏れ電流が生じて発光不良、発光効率低下等の異常が生じるという問題もある。
（２）反射溝を有するＬＥＤ素子をフリップ実装する際に加えられる外力によって反射溝周囲の半導体層に更にダメージを与えることがあり、漏れ電流の増大や、発光不良の招くという原因がある。特に、Ａｕバンプによるフリップ実装では、超音波併用熱圧着時にＬＥＤ素子１を実装対象に精度良く水平に配置することが難しい。
（３）反射溝で格子状に分断された領域の発光層に対する電流経路によって発光効率に差が生じる。

従って、本発明の目的は、反射溝から漏れる光を低減し、ｐｎ間の漏れ電流による発光効率低下を抑制することによって高い外部放射効率を実現でき、量産化に優れる発光素子を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、半導体層の表面から、対極の層に至って形成される光取り出し溝によって分割された発光領域と、前記光取り出し溝におけるｐｎ間の絶縁性を確保する絶縁部と、前記光取り出し溝の領域を除く発光領域に位置して設けられた実装用電極とを有する発光素子を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、半導体層の表面から、対極の層に至って３０度から７０度の傾斜面を有して形成される光取り出し溝によって分割された発光領域と、前記光取り出し溝におけるｐｎ間の絶縁性を確保するとともに光反射性を有する絶縁部と、前記光取り出し溝の領域を除く発光領域に位置して厚膜状に形成された実装用電極とを有し、前記半導体層側を実装面する発光素子を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、半導体層の表面から、対極の層に至って形成される光取り出し溝によって分割された発光領域と、前記光取り出し溝に前記半導体層の表面とは対極の電流拡散用電極とを有する発光素子を提供する。

本発明によると、半導体層の表面から、対極の層に至って形成される光取り出し溝によって分割された発光領域と、前記光取り出し溝におけるｐｎ間の絶縁性を確保する絶縁部と、前記光取り出し溝の領域を除く発光領域に位置して設けられた実装用電極とを設けることにより、反射溝から漏れる光を低減し、ｐｎ間の漏れ電流による発光効率低下を抑制することによって高い外部放射効率を実現でき、量産化を高めることができる。

また、本発明によると、半導体層の表面から、対極の層に至って３０度から７０度の傾斜面を有して形成される光取り出し溝によって分割された発光領域と、前記光取り出し溝におけるｐｎ間の絶縁性を確保するとともに光反射性を有する絶縁部と、前記光取り出し溝の領域を除く発光領域に位置して厚膜状に形成された実装用電極とを設けることにより、反射溝から漏れる光を低減し、ｐｎ間の漏れ電流による発光効率低下を抑制することによって高い外部放射効率を実現でき、量産化を高めることができる。

また、本発明によると、半導体層の表面から、対極の層に至って形成される光取り出し溝によって分割された発光領域と、前記光取り出し溝に前記半導体層の表面とは対極の電流拡散用電極とを設けることにより、、反射溝から漏れる光を低減し、ｐｎ間の漏れ電流による発光効率低下を抑制することによって高い外部放射効率を実現でき、量産化を高めることができる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ素子の電極形成面を示す平面図である。図２は、図１に示すＬＥＤ素子のＡ−Ａ部における断面図である。

このＬＥＤ素子１は、ＧａＮ系半導体材料で形成されるＧａＮ系半導体層１００のｐ−ＧａＮ層１１上に格子状に設けられたＶ溝１０１Ａを備えるｐ側電極１０１と、ｎ−ＧａＮ層１３上に設けられるｎ側電極１０２とを有して形成されている。

（ＬＥＤ１の構成）
ＬＥＤ素子１は、下地基板となるサファイア基板１０上に、図示しないＡｌＮバッファ層を介してｎ−ＧａＮ層１１と、発光層１２と、ｐ−ＧａＮ層１３を順次結晶成長させることによって形成したＧａＮ系半導体層１００と、ＧａＮ系半導体層１００をエッチングすることにより露出させたｎ−ＧａＮ層１１上に設けられるＡｌコンタクト電極１４と、ｐ−ＧａＮ層１３表面からｎ−ＧａＮ層１１にかけての深さでエッチングにより格子状に形成される反射溝であるＶ溝１０１Ａと、Ｖ溝１０１Ａの部分を覆うように設けられてｎ−ＧａＮ層１１とｐ−ＧａＮ層１３との短絡を防止するＳｉＯ_２膜１０１Ｂと、ｐ−ＧａＮ層１３表面およびＳｉＯ_２膜１０１Ｂを覆うように設けられるＲｈコンタクト電極１５と、Ｖ溝１０１Ａ形成部分以外のＲｈコンタクト電極１５上に島状に設けられる厚膜のＮｉ層１６と、Ｎｉ層１６を含むＲｈコンタクト電極１５表面、およびＡｌコンタクト電極１４の表面を覆うように設けられるＡｕ層１７とを有する。

Ｒｈコンタクト電極１５、Ｎｉ層１６およびＡｕ層１７は、ｐ側電極１０１を形成しており、Ａｌコンタクト電極１４およびＡｕ層１７は、ｎ側電極１０２を形成している。

ＬＥＤ素子１の形成方法については、特に限定されないが、周知の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレ−ティング法、電子シャワ−法等によって形成することができる。なお、ＬＥＤ素子の構成としてホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルヘテロ構造のものを用いることができる。さらに、量子井戸構造（単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）を採用することもできる。

Ｖ溝１０１ＡおよびＳｉＯ_２膜１０１Ｂは、発光層１２の発光に基づく光をサファイア基板１０側に反射させる絶縁反射面を形成しており、Ｖ溝１０１Ａの深さは３μｍで、サファイア基板１０の法線方向に対して４５゜の傾斜角を有するように形成されている。

Ｖ溝１０１Ａのピッチは、層内伝搬に伴う光の減衰を考慮すると小にすることが好ましい。ｐ側電極１０１のエッジ部分を４５゜傾斜面で形成した５０μｍ角の発光領域集合体のＧａＮ系ＬＥＤ素子では、Ｖ溝加工していない３００μｍ角のＧａＮ系ＬＥＤ素子に対して約２０％の外部放射効率の向上を確認している。

一方、溝加工を行うことでＧａＮ系半導体層１００には加工のダメ−ジによる非発光領域が生じる。そのため、発光効率を考慮すると素子全体に占める非発光領域と発光領域の割合が最適となるピッチおよび溝パタ−ンを選択することが望ましい。具体的には発光領域の他のサイズは２０μｍ〜１５０μｍ、さらに好ましくは５０μｍ〜８０μｍが好ましい。

また、ＳｉＯ_２膜１０１Ｂは、Ｖ溝１０１Ａより大なる幅を有して形成されており、Ｖ溝周囲のｎ−ＧａＮ層１１とｐ−ＧａＮ層１３との短絡による漏れ電流を抑制する。

また、ＧａＮ系半導体層１００は、Ｒｈコンタクト電極１５が設けられるｐ側電極１０１のエッジ部分が４５°の傾斜角を有するとともにＳｉＯ_２膜１０１Ｂを備えており、そのことによってエッジ部分に絶縁反射面を有している。

Ｎｉ層１６は、Ｒｈコンタクト電極１５の表面中央部に無電解めっきによって約１２μｍ厚の格子形状に応じた四角形状に形成されており、フラッシュめっきによって表面に設けられるＡｕ層１７を超音波併用熱圧着実装に基づいて外部の回路パタ−ン等に融着接合する際に漬れることなく、かつ、ＬＥＤ素子１が傾くことなく実装されるように設けられている。

なお、Ｎｉ層１６については、上記した四角形状に限定されるものではなく、例えば、円形状に形成することも可能である。また、超音波併用熱圧着に対してＡｕ層１７の支持層としての適度な硬さを有するものであれば良く、例えば、ＡｇやＣｕ等の金属材料で形成しても良い。

（ＬＥＤ素子１の製造方法）
このようなＬＥＤ素子１は、以下の方法により製造される。まず、サファイア基板１０上にＧａＮ系半導体材料を結晶成長させてＧａＮ系半導体層１００を形成する。次に、ドライエッチングによってＧａＮ系半導体層１００の表面に格子状のＶ溝１０１Ａを形成するとともにｎ側電極１０２の形成領域となるｎ−ＧａＮ層１１の露出部を形成する次に、ｎ−ＧａＮ層１１の露出部にＡｌコンタクト電極１４を蒸着形成する。次に、Ｖ溝１０１Ａ部分とｐ側電極１０１形成領域の周囲にＳｉＯ_２膜１０１Ｂを設ける。このとき、ＳｉＯ_２膜１０１Ｂの一部がＡｌコンタクト電極１４を覆うようにする。次に、Ｖ溝１０１Ａを含むｐ−ＧａＮ層１３上にＲｈコンタクト電極１５を形成する。このとき、Ｒｈコンタクト電極１５がエッジ部分のＳｉＯ_２膜１０１Ｂを覆うようにする。次に、Ｒｈコンタクト電極１５上に厚膜のＮｉ層１６を島状に設ける。次に、ｐ側電極１０１の形成領域とｎ側電極１０２の形成領域とをそれぞれ覆うようにＡｕ層１７を設ける。

（ＬＥＤ素子１の動作）
発光層１２は、ｎ−ＧａＮ層１１とｐ−ＧａＮ層１３とを介して通電されることにより発光して青色光を放射する。発光層１２からサファイア基板１０側に放射された青色
光はサファイア基板１０との臨界角の範囲にあるときサファイア基板１０を透過して外部放射される。

また、発光層１２からＲｈコンタクト電極１５側に放射された青色光はＲｈコンタクト電極１５で反射され、サファイア基板１０との臨界角の範囲にあるときサファイア基板１０を透過して外部放射される。

また、発光層１２から層方向に放射された青色光は、Ｖ溝１０１ＡおよびＳｉＯ_２膜１０１Ｂによってサファイア基板１０側に反射されることにより外部放射される。

（第１の実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）Ｒｈコンタクト電極１５を設けたｐ側電極１０１に格子状にＶ溝１０１Ａを設け、ＧａＮ系半導体層１００内を伝搬する青色光を短い距離でＬＥＤ素子１の外部に取り出せるようにしたので、ＧａＮ系半導体層１００内を層方向に伝搬する青色光が減衰する以前に速やかに外部放射させることができる。なお、ＧａＮ系半導体１００で発する光のうち、全方向に対し７０％を占める方向へ放射される光は、層方向に伝搬する光となる。これは、ＧａＮに対してサファイアの屈折率が小であることによる。このため、３μｍのＶ溝形成と絶縁反射面とによってＧａＮ系半導体層１００からの光取り出し性を向上させることができる。また、ｐ側電極のエッジ部分が４５°の傾斜角を有して形成されており、かつ、ＳｉＯ_２膜１０１ＢおよびＲｈコンタクト電極１５による絶縁反射面を有しているので、ｐ側電極のエッジ部分から横方向に漏れていた光についてもサファイア基板１０側に取り出すことができ、光取り出し効率を向上させることができる。

（２）Ｖ溝１０１Ａの形成部分にＶ溝１０１Ａより大なる幅でＳｉＯ_２膜１０１Ｂを設けているので、溝加工によるｎ−ＧａＮ層１１とｐ−ＧａＮ層１３のダメ−ジ領域（加工法にもよるが、１μｍ程度）をマスクでき、ｐｎ間の漏れ電流を防止できる。また、発光層１２を突き抜けるＶ溝１０１Ａを形成しても、ｐｎ間はＳｉＯ_２膜１０１Ｂによって絶縁されているのでｎ−ＧａＮ層１１とｐ−ＧａＮ層１３との間で短絡が生じることを防ぐことができる。このことにより発光効率の低下を生じることなく信頼性の向上を図ることができる。また、絶縁反射面への入射角によってはＳｉＯ_２膜１０１Ｂでの全反射に基づいて青色光を外部放射させることもできる。

（３）Ｖ溝１０１Ａを格子状に設けられたｐ−ＧａＮ層１３に連続的にＲｈコンタクト電極１５を形成できるので、複雑な工程を要することなく量産性に優れる。また、連続的なＲｈコンタクト電極１５を形成できることにより、ｐ−ＧａＮ層１３に対する均一な電流拡散性が得られる。

（４）ｐ側電極１０１のＶ溝１０１Ａを覆うＳｉＯ_２膜１０１Ｂを除く部分に厚膜状のＮｉ層１６を設けているので、超音波併用熱圧着による外部回路へのＬＥＤ素子１のフリップ実装時に溶融したＡｕ層１７がＧａＮ系半導体層１００を圧迫することがない。このため、Ｖ溝形成と絶縁反射面の構造として光取り出し効率の向上を図るとともに、Ｖ溝１０１ＡのＳｉＯ_２膜１０１Ｂにダメ−ジが及ぶことによる短絡の発生を防いで信頼性に優れるＬＥＤ素子１を提供できる。このＬＥＤ素子１の実装時には、Ａｕスタッドパンプを設ける必要はなく、厚膜状にめっき形成したＮｉ層１６とＡｕ層１７がＡｕスタッドパンプに代わる。このため、実装工程を減らすことができ、量産性が向上する。また、ＬＥＤ素子１と回路パターンとの接着面積が大になるので放熱性の向上も図れる。

なお、第１の実施の形態では、絶縁反射面をＳｉＯ_２膜１０１Ｂで形成した構成を説明したが、例えば、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２の多層反射面を形成しても良い。このような多層反射面によれば、入射する青色光を２層の光干渉作用に基づいて反射させることができ、Ｒｈ単独で反射させるよりも高い反射率が得られることから、光取り出し効率をより高めることができる。そのため、ｐ側電極１０１のエッジ部分ではＲｈ層を不要にできる。

また、第１の実施の形態では、下地基板として絶縁性のサファイア基板１０を用いた構成を説明したが、例えば、レーザ照射でサファイア基板１０を除去したものでも良い。導電性基板としてＳｉＣ基板上にＧａＮ系半導体層１００を結晶成長させたＬＥＤ素子１で、ＳｉＣ基板の底面にｎ側電極を設けたものであっても良い。但し、この場合にはＧａＮとサファイアとの屈折率差のような差は無いので、光取り出し性を高めるには発光領域のサイズをより小にすることが望ましい。また、ＬＥＤ素子１の発光色についても青色に限定されず、他の色であっても良い。

図３は、図２に示すＬＥＤ素子の他の構成を示す断面図である。図示するようにＧａＮ系半導体層１００側上にＲｈコンタクト電極１５−ＳｉＯ_２膜１０１Ｂ−反射膜としてのＡｌ層１４Ｂ−Ｎｉ層１６−Ａｕ層１７の順に膜形成されたものであっても良い。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ素子の平面図である。以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成および機能を有する部分については同一の符号を付している。

このＬＥＤ素子１は、素子中央部に円形状のＡｌコンタクト電極１４と、Ａｌコンタクト電極１４の表面を覆うＡｕ層１７からなるｎ側電極１０２と、その周囲に六角形状パタ−ンでＶ溝１０１Ａを形成されたｐ側電極１０１を有する構成において第１の実施の形態と相違している。

（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態によると、ｎ側電極１０２を素子中央部に配置し、その周囲に六角形状パタ−ンでＶ溝１０１Ａを形成されたｐ側電極１０１を設けているので、第１の実施の形態の好ましい効果に加えて電流拡散性が向上し、発光効率を向上させることができる。また、六角形状パタ−ンに形成されたＶ溝１０１Ａによって層方向に伝搬する青色光の反射性が向上し、光取り出し性を高めることができる。また、六角形状に形成することで発光領域を細分化できるとともに、発光領域全体に対する溝加工によってｎ−ＧａＮ層１１とｐ−ＧａＮ層１３とが受けるダメージの比を小にすることで、分割された発光領域の総和面積を確保することができる。

（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係るＬＥＤ素子の平面図である。
このＬＥＤ素子１は、第２の実施の形態で説明したＬＥＤ素子１のｐ側電極１０１に設けられる六角形状パタ−ンを部分的に形成したものである。すなわち、六角形状パタ−ン同士の交点およびその周囲についてパタ−ン形成したものである。

（第３の実施の形態の効果）
上記した第３の実施の形態によると、第２の実施の形態の好ましい効果に加えて、溝加工に伴いＧａＮ系半導体層１００に与えるダメ−ジを小にすることができ、層方向に伝搬する青色光の光取り出し性を低下させることなく発光効率および光取り出し性の向上を実現できる。

（第４の実施の形態）
図６は、本発明の第４の実施の形態に係るＬＥＤ素子であり、（ａ）はＬＥＤ素子の平面図、（ｂ）はＬＥＤ素子のＶ溝部分における部分断面図である。

このＬＥＤ素子１は、第２の実施の形態で説明したＬＥＤ素子１のｎ側電極１０２を六角形状に分割し、かつ、ｎ側コンタクト電極をＡｌに変えてＴｉとし、Ｔｉコンタクト電極１４からＶ溝１０１Ａに沿って六方向に放射状に電流拡散電極としてのｎ側電極１０２を設けた構成を有する点で第２の実施の形態と相違している。なお、ＴｉとＡｕ層との間にはＰｔ層（図示せず）を有している。

ｐ側電極１０１は、Ｖ溝１０１Ａで分割された発光領域が菱形状に形成されており、各発光領域は、隣接する辺が６０゜あるいは１２０゜で設けられている。また、発光層１２の直上に設けられる菱形状の各部分には第１の実施の形態で説明したようにＮｉ層が設けられるが不図示としている。

（第４の実施の形態の効果）
上記した第４の実施の形態によると、菱形状に形成された発光領域によって発光層１２で生じた青色光が外部放射されずに閉込モ−ド光になることなく外部放射され易くなる。一度、Ｖ溝１０１Ａに入射して外部放射されなかった光が、対向する面方向が６０゜異なるＶ溝に入射する際に、外部放射され易い角度での入射となるためである。また、中央のｎ側電極１０２から更に放射状に伸延したｎ側電極１０２を設けているので、電流拡散性が向上し、発光効率の向上を実現することができる。

特に、絶縁性のサファイア基板１０上に形成したＧａＮ系半導体層１００では、数μｍ厚のｎ−ＧａＮ層１１によって電流拡散する必要がある。このため、電流拡散電極は特に有効である。一方で、電流拡散電極のみを形成する場合でも、Ｖ溝形成同様にｎ−ＧａＮ層１１の露出加工等による発光領域面積減少が生じる。これに対し、Ｖ溝形成とともに電流拡散電極を形成すれば、ｎ−ＧａＮ層１１の露出加工によるダメージ領域やマスク位置精度のマージン領域は共有することができ、発光面積の確保はいすれかを行ったものと略同等とできる。そして、光取り出し効果と電流拡散効果の両方を実現することができる。

（第５の実施の形態）
図７は、本発明の第５の実施の形態に係るＬＥＤ素子の平面図である。

このＬＥＤ素子１は、第１の実施の形態で説明したＬＥＤ素子１のＶ溝１０１Ａに位置するように電流拡散電極としてのｎ側電極１０２を設けた構成を有する点で第４の実施の形態と相違している。なお、第５の実施の形態では、ｎ側電極１０２の配置を図示するために第１の実施の形態で図示した発光層については図示省略するが、発光層は第１の実施の形態と同様に構成されている。

ｎ側電極１０２は、ｎ側電極１０２のＴｉコンタクト電極１４に接続されており、Ｖ溝１０１Ａにより四角状に形成されるｐ側電極１０１の個々の発光領域を囲み、図６（ｂ）と同様にＶ溝１０１Ａ底部のｎ−ＧａＮ層１１に形成されている。

（第５の実施の形態の効果）
上記した第５の実施の形態によると、第４の実施の形態で説明したｎ側電極１０２による好ましい効果に加えて、ｐ側電極１０１の各発光領域に対して、その周囲のＶ溝１０１Ａに形成された電流拡散用のｎ側電極１０２から電流が供給されることにより、電流拡散性がより向上し、高発光効率、高出力のＬＥＤ素子１が得られる。すなわち、光出力と発光層での電流密度には相関があるが、所定の電流密度以上では光出力は飽和する。このため発光層での電流密度むら、発光むら、ＬＥＤ素子の発光出力−通電電流特性に影響し、均一な電流拡散を行える程、所定通電電流においてに限らず光量飽和電流値が高まることで、投入電流を大にできるため、高光出力を得ることができる。

絶縁性のサファイア基板１０上に形成したＧａＮ系半導体層１００では、数μｍ厚のｎ−ＧａＮ層１１によって電流拡散する必要がある。第１の実施の形態では、ｎ側電極１０２から発光層１２までの最短距離に対する最長距離の比は約２００である。これに対し、第４の実施の形態では約２０である。更に第５の実施の形態では約１０となり、かつ、ｎ側電極１０２から発光層１２までの距離分布を距離の近いエリアほど高いものとしてある。これにより、高い電流拡散性を得ることができるものとしてある。

厳密には、電流経路における距離比ではなく、抵抗比に拡散度が依存することから、発光層１２付近のｎ層の抵抗値を大にし、それ以外のｎ層の抵抗値を小にすることでも電流拡散度を高めることができる。しかし、これとは別要因として距離比を従来の１０分の１以下にすることで電流拡散度を高めることができる。そして、電流拡散電極を設けるだけでは発光面積を減ずることになるが、Ｖ溝を併用することで光取り出し性が高まり、発光効率の向上と発光出力−通電電流特性改善による光出力の向上をＶ溝形成時と同等の発光面積として具現化できる。

また、Ｖ溝１０１ＡのＳｉＯ_２膜１０１Ｂに実装時のダメージが加わらないＬＥＤ素子１の電極構成としてあることは、上記の実施の形態同様であり、電流拡散用のｎ側電極１０２が形成されていても、ＬＥＤ素子１の実装に際して不具合を生じることはない。

そしてさらに、第１の実施の形態で説明した厚膜のＮｉ層による実装電極は、大きさ形状に自由度があるため、ｎ側電極１０２のパッド部面積を電流拡散電極の面積分、第１の実施の形態のｎ側電極面積から差し引いたものとしても、ｎ−ＧａＮ層へのコンタクト性を低下させることはない。そしてその分、発光面積を増やすことができる。

なお、ｎ側コンタクト電極として、第１の実施の形態のＡｌに代えてＴｉとすることで高電流通電によるマイグレーションの発生を抑えることができる。

（第６の実施の形態）
図８は、本発明の第６の実施の形態に係るＬＥＤ素子の平面図であり、（ａ）はＬＥＤ素子の平面図、（ｂ）はＬＥＤ素子の発光領域となるｐ側電極の部分拡大図である。

このＬＥＤ素子１は、（ｂ）に示すように第２の実施の形態で説明した、素子中央にｎ側電極１０２を有するＬＥＤ素子１のｐ側電極１０１に正三角形状の発光領域１０１Ｃが形成されるようにＶ溝１０１Ａを設け、更にＶ溝１０１Ａに位置するように電流拡散用のｎ側電極１０２を形成した点において第２の実施の形態と相違している。

発光領域１０１Ｃは、１辺のサイズが２５μｍの正三角形状となるようにＶ溝１０１Ａが形成されており、Ｖ溝１０１Ａの周囲は前述したようにＳｉＯ_２膜１０１Ｂで覆われてｐｎ間の短絡を防止している。また、発光層１２の直上に設けられる正三角形状の各部分には第１の実施の形態で説明したようにＮｉ層が設けられるが不図示としている。

（第６の実施の形態の効果）
上記した第６の実施の形態によると、微細な正三角形状の発光領域１０１Ｃを設けることによっても第４の実施の形態と同様に発光層１２で生じた光が外部放射されずに閉込モ−ド光になることなく外部放射され易くなる。また、発光領域１０１Ｃを微細化できるので層方向に伝搬する距離を短くでき、光取り出し効率を高めることができる。また、発光領域１０１Ｃを微細化するに伴ってＶ溝１０１Ａの本数も増大し、ＧａＮ系半導体層１００に与えるダメ−ジも大になるが、ダメ−ジ部分のｐｎ間の絶縁はＳｉＯ_２膜１０１Ｂによって確保されるので、漏れ電流による発光効率低下は生じない。また、Ｖ溝１０１Ａに位置するように設けられたｎ側電極１０２から発光領域１０１Ｃに電流が供給され、この際、Ｖ溝形成のダメージ部分はＳｉＯ_２膜１０１Ｂによって絶縁されており、特に発光領域が微細なため、ｎ側拡散用電極から発光領域の最短距離：最長距離の比がさらに小さくなり、電流拡散性が向上し、発光むらが小になり、内部量子効率が高まることによって発光効率が向上する。

（第７の実施の形態）
図９は、本発明の第７の実施の形態に係るフェイスアップ型のＬＥＤ素子であり、（ａ）はＬＥＤ素子の平面図、（ｂ）は部分断面図である。

このＬＥＤ素子１は、光取り出し面に設けられる光透過性電流拡散層としてのＩＴＯ（Indium Tin 0xide）１８と、ＩＴＯ１８上に設けられるワイヤ接続用のｐ側電極１０１と、素子表面からｎ−ＧａＮ層にかけて除去されたｎ−ＧａＮ層１１上に設けられるｎ側電極１０２とを有し、光取り出し面となる素子表面のＩＴＯ１８からｎ−ＧａＮ層１１にかけて垂直溝１０１Ｄを形成し、（ｂ）に示すように垂直溝１０１Ｄに位置するように電流拡散用のｎ側電極１０２を形成している。ＩＴＯ１８にはｐ側電極１０１が設けられる。垂直溝１０１Ｄは、ＬＥＤ素子１の表面に長短の溝を直交方向に組み合わせて形成されており、電流拡散突起１４Ａはｎ側電極１０２に電気的に接続されている。ＳｉＯ_２膜１０１Ｂはスパッタ蒸着によって形成されている。

（第７の実施の形態の効果）
上記した第７の実施の形態によると、フェイスアップ型のＬＥＤ素子１の場合には、第１から第６の実施の形態で説明したＶ溝に代えて、断面矩形状の垂直溝１０１Ｄを設けることが光学設計上望ましい。ＬＥＤ素子１内を層方向に伝搬する青色光が減衰する前に外部放射させることができる。第７の実施の形態においても光取り出し溝と電流拡散用のｎ側電極１０２とを併用することで光取り出し効率の向上と溝形成における発光面積低減を共有し、発光面積を確保することで電流拡散度を向上させ、発光効率と光出力との向上を図ることができる。一方。溝形成面は実装面とはならないので、溝に対する実装時のダメージを構造的に回避することができる。なお、垂直溝１０１Ｄのパターンについては、上記したものに限定されず、種々の変形が可能である。また、垂直溝は、光取り出し効率と発光面積を狭くしない、さらには良好な絶縁膜形成のために１０°ないしは３０°の傾斜の略垂直溝とすることが望ましい。

また、ＳｉＯ_２（屈折率１．５）膜１０１Ｂに代えてＳｉＮ（屈折率１．８）膜１０１Ｅを絶縁膜として用いる構成としても良い。この場合にはｐｎ間の絶縁を図るとともに発光層１２を横方向に伝播する青色光の光取り出し性が向上し、光取り出し面から外部放射させる青色光を増大させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ素子の電極形成面を示す平面図である。 図１に示すＬＥＤ素子のＡ−Ａ部における断面図である。 図２に示すＬＥＤ素子の他の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ素子の平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るＬＥＤ素子の平面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るＬＥＤ素子であり、（ａ）はＬＥＤ素子の平面図、（ｂ）はＬＥＤ素子のＶ溝部分における部分断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係るＬＥＤ素子の平面図である。 本発明の第６の実施の形態に係るＬＥＤ素子の平面図であり、（ａ）はＬＥＤ素子の平面図、（ｂ）はＬＥＤ素子の発光領域となるｐ側電極の部分拡大図である。 本発明の第７の実施の形態に係るフェイスアップ型のＬＥＤ素子であり、（ａ）はＬＥＤ素子の平面図、（ｂ）は部分断面図である。

符号の説明

１…ＬＥＤ素子、１０…サファイア基板、１１…ｎ−ＧａＮ層、１２…発光層、１３…ｐ−ＧａＮ層、１４…コンタクト電極、１４Ａ…電流拡散突起、１５…Ｒｈコンタクト電極、１６…Ｎｉ層、１７…Ａｕ層、１００…ＧａＮ系半導体層、１０１…ｐ側電極、１０１Ａ…Ｖ溝、１０１Ｂ‥・ＳｉＯ_２膜、１０１Ｃ…発光領域、１０１Ｄ…垂直溝、１０１Ｅ…ＳｉＮ膜、１０２…ｎ側電極

Claims (9)

1. 半導体層の表面から、対極の層に至って形成される光取り出し溝によって分割された発光領域と、前記光取り出し溝におけるｐｎ間の絶縁性を確保する絶縁部と、前記光取り出し溝の領域を除く発光領域に位置して設けられた実装用電極とを有することを特徴とする発光素子。
2. 半導体層の表面から、対極の層に至って３０度から７０度の傾斜面を有して形成される光取り出し溝によって分割された発光領域と、前記光取り出し溝におけるｐｎ間の絶縁性を確保するとともに光反射性を有する絶縁部と、前記光取り出し溝の領域を除く発光領域に位置して厚膜状に形成された実装用電極とを有し、前記半導体層側を実装面することを特徴とする発光素子。
3. 前記光取り出し溝は、前記半導体層の表面とは対極の電流拡散用電極を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
4. 半導体層の表面から、対極の層に至って形成される光取り出し溝によって分割された発光領域と、前記光取り出し溝に前記半導体層の表面とは対極の電流拡散用電極とを有することを特徴とする発光素子。
5. 前記半導体層は、基板上に形成され、前記基板は前記半導体層に対して低屈折率の絶縁性材料で形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発光素子。
6. 前記電流拡散用電極は、前記発光層の所定位置から前記電流拡散用電極までの最短距離と、前記電流拡散用電極までの最長距離との比が２５以下となるパターンで形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発光素子。
7. 前記電流拡散用電極は、前記発光層の各位置から前記電流拡散用電極までの最長距離が７５ミクロン以下となるパターンで形成されることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
8. 前記電流拡散用電極は、前記発光層の各位置から前記電流拡散用電極までの最短距離の平均値が、前記電流拡散用電極から前記発光層までの最短距離と最長距離の中間値以下となるパターンで形成されることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
9. 前記発光層は、前記光取り出し溝によって複数の領域に分割され、その周囲が電流拡散用電極によって囲まれていることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の発光素子。
   

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